[发明专利]一种无线局域网多速率自适应传输的方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线局域网的数据传输技术，尤其涉及一种无线局域网多速率自适应传输的方法。

背景技术

无线局域网通常是基于载波侦听多址协议CSMA的，其改进方式有：信道分裂预约多址接入SRMA(Split-channel Reservation Multiple Access)、冲突避免多址接入协议MACA(Multiple Access with Collision Avoidance)、改进的冲突避免多址接入协议MACAW、底部获取多址接入协议FAMA(FloorAcquisition Multiple Access)和802.11等协议，本发明所指的无线局域网一般都是基于CSMA协议。在无线局域网中进行多速率传输需要解决的主要问题是：传输业务类别、信道质量估计和速率选择。传输业务按对时延要求通常可以分为时延敏感和非时延敏感两大类业务，按对耐错误能力通常可以分为耐错和非耐错两大类业务。信道质量估计主要是以信噪比、信号强度、误比特率、误符号率或误帧率的统计作为判决测度来衡量信道的传输质量。

在无线局域网中，现行的速率选择方法目前主要有两种：一种是“自动速率应变(Auto Rate Fallback)协议”，另一种是“基于接收机的自动速率(Receiver Based Auto Rate)协议”。

自动速率应变协议是由艾迪.卡莫曼等人提出的，其核心思想是，以前面传输的成功和失败次数为依据来调整传输速率。这实际是一种依误帧率的速率调整体制，当站点间成功传输一定次数后，认为信道质量可靠进而逐级提高传输速率；反之，如果站点间传输失败，则认为信道质量下降而逐级降低传输速率。根据该协议同一次传输过程中各帧的传输速率是不变的，因此多速率传输不会引起持续时间的变化，在站点间信道变化缓慢时，较为适用。

基于接收机的自动速率协议是由盖文.荷兰德、奈廷.魏德亚和帕偌沃.巴尔提出的，其核心思想是在MAC帧头的持续时间子域中插入该帧的发送速率和帧长。传输初始时，用于接入的发送请求从基本速率集中选择合适的速率发送，随后接收站点将根据接收信号估计信道质量信息，自适应地调整发送速率，发送站点以和接收站点返回的确认帧发送速率相同的速率发送下一数据帧，不参与通信的站点则根据接收信号中包含的数据发送率和帧长，即时修正网络分配矢量。

除了以上两种多速率传输协议，无线局域网中还有一种双信道时隙ALOHA多速率传输协议，该协议采用独立的控制信道用于传输速率的设置，由于占用信道资源过多，故实际中很少使用。

自动速率应变协议和基于接收机的自动速率协议的缺点是，不能在网络中存在多种业务时优化速率的选择，不适用于高速移动无线衰落信道。不同类别的业务对误码特性、时延的要求是不同的，传输过程中无线信道和传输数据帧长也是变化的。通常时延敏感业务对错误的容忍能力高，非时延敏感业务对误码或误帧性能要求比较高，上述现有协议没有综合考虑这些与传输速率相关的因素。

另外，自动速率应变协议不适用于无线移动信道环境，因为在无线移动信道中，信道质量的变化较快，信道的相关时间短，以数次成功或失败的数据传输间隔作为信道质量统计时间窗时间太长，从而使得信道质量统计不可靠，传输吞吐率下降。

基于接收机的自动速率协议克服了自动速率应变协议不能适应无线移动信道的缺点，该协议速率变化实时性强，适用于无线移动信道。但该协议最主要的缺点是：发送站点总是以接收站点返回的确认帧的发送速率发送数据帧，发送站点或接收站点都不能预先确定自己发送下一帧时的传输速率，因此不能准确设置到整个传输结束时的持续时间，不得不将持续时间字段内容改为发送速率和发送帧长以便不参与通信的站点修正网络分配矢量。

无线信道除了有大尺度衰落，同时还存在小尺度衰落，当站点高速移动时，物理信道的信道状态信息变化较快，为了可靠地通信，对传输帧长须有一定限制，一个较长的MAC帧往往要分成多个小段传输。基于接收机的自动速率协议的网络分配矢量修正方法不仅和现有协议兼容性差，更因为其持续时间字段已不具备对下一帧传输信道占用的预约作用而不适用于多段传输。另外接收站点返回的确认帧帧长通常远小于发送站点发送的数据帧长，在相同误码率情况下，误帧率随着帧长的加长而增高，以接收站点能可靠返回的确认帧的发送速率发送数据帧，从统计意义上讲并不可靠。因此该协议不适用于无线高速移动信道，兼容性差。

因此，现有技术存在缺陷，而有待于改进和发展。

发明内容